CN110379788A - 半导体装置 - Google Patents

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Abstract

一种改进的夹持半导体模块的多个冷却器在层叠方向上被螺栓固定的半导体装置。半导体装置(2)具备多个冷却器(3)、半导体模块(30)以及一对连结管(4a、4b)。在各个冷却器的内部设置有供制冷剂流动的第一流路(12)。半导体模块被夹设于相邻的冷却器。一对连结管连结相邻的冷却器。在位于层叠方向的一端的冷却器(3a)设置有一对制冷剂供排口(5a、5b)。在从各个制冷剂供排口延伸至位于层叠方向的另一端的冷却器的第二流路(13)内设置有卡止螺栓(6a、6b)的头部(61)的螺栓卡止部(7)与固定螺栓的内螺纹部(8)。螺栓卡止部与内螺纹部之间的冷却器(3)被螺栓固定。

Description

半导体装置
技术领域
本说明书所公开的技术涉及在配置为一列的多个冷却器与相邻的冷却器之间夹设半导体模块的半导体装置。
背景技术
在日本特开2007-166820号(专利文献1)以及日本特开2012-238681号(专利文献2)公开了一种半导体装置，具备：多个冷却器，配置为一列；半导体模块，夹在相邻的冷却器之间。半导体模块被在冷却器的内部流动的制冷剂从两侧冷却。为了提高冷却效率，半导体装置在冷却器与半导体模块的层叠方向上被加压。专利文献1的半导体装置在与壳体之间插入有压缩了的弹簧，利用压缩了的弹簧的力在层叠方向上被实施加压。
在专利文献2的半导体装置中，在各个冷却器的两端设置有薄片(tab)。薄片在同冷却器与半导体模块的层叠方向交叉的方向上设置于冷却器的两端。多个冷却器被层叠方向上贯穿薄片的螺栓相互固定。半导体装置被螺栓在层叠方向上加压。
另外，在日本特开2009-212137号(专利文献3)公开了一种一对冷却器夹持半导体模块的半导体装置。一对冷却器被在层叠方向上贯通它们的螺栓固定。螺栓贯通冷却器的内部的制冷剂流路。专利文献3的半导体装置也被螺栓在层叠方向上加压。
发明内容
专利文献1的半导体装置需要配置板簧的空间。在专利文献2的半导体装置中，薄片增大半导体装置的尺寸。专利文献3的半导体装置在冷却器设置有供螺栓贯通的孔，需要封堵螺栓与孔的间隙的垫圈(或O型环)。本说明书所公开的技术涉及对夹持半导体模块的多个冷却器在层叠方向上被螺栓固定的半导体装置的改进。
本说明书所公开的半导体装置具备：多个冷却器，配置为一列；半导体模块；以及一对连结管。在各个冷却器的内部设置有供制冷剂流动的第一流路。半导体模块被夹设于相邻的冷却器。一对连结管将相邻的冷却器的第一流路连通。一对连结管在同冷却器与半导体模块的层叠方向交叉的方向上配置于半导体模块的两侧。在位于层叠方向的一端的冷却器以沿着层叠方向观察时与一对连结管分别重叠的方式设置有一对制冷剂供排口。在从各个制冷剂供排口延伸至位于层叠方向的另一端的冷却器的第二流路内设置有供螺栓插通并且卡止螺栓的头部的螺栓卡止部，并且设置有固定螺栓的内螺纹部。螺栓卡止部与内螺纹部之间的冷却器被螺栓固定。通过螺栓的紧固载荷对冷却器与半导体模块相互加压。
本说明书所公开的半导体装置在第二流路之中设置螺栓卡止部与内螺纹部。因此，螺栓整体收纳于第二流路，在第二流路之中将多个冷却器相互固定，对冷却器与半导体模块施加压力。本说明书所公开的半导体装置不需要专利文献2中公开的薄片。另外，螺栓在第二流路内通过冷却器。因此，不需要在冷却器重新设置供螺栓通过的螺栓孔，也不需要像专利文献3的半导体装置那样密封螺栓与螺栓孔之间。
本说明书所公开的半导体装置可以是全部的冷却器被螺栓相互固定的类型，也可以是仅一部分的冷却器被螺栓相互固定的类型。
在本说明书所公开的半导体装置中，最好在螺栓卡止部与头部之间配置有压缩了的弹簧。即便螺栓稍微松动，压缩了的弹簧也能够保持在层叠方向上对多个冷却器进行加压的力。
本说明书所公开的技术的详情与进一步的改进在以下的“具体实施方式”中进行说明。
附图说明
图1是实施例的半导体装置的立体图(拆掉螺栓的状态)。
图2是在XY平面进行了剖切的半导体装置的剖视图。
图3是沿着图2的III-III线的剖视图。
图4是沿着图2的IV-IV线的剖视图。
图5是第一变形例的半导体装置的剖视图。
图6是第二变形例的半导体装置的剖视图。
具体实施方式
参照附图对实施例的半导体装置2进行说明。图1表示半导体装置2的立体图。图2表示在图1的坐标系的XY平面进行了剖切的半导体装置2的剖视图。半导体装置2是利用螺栓6a、6b束缚多个半导体模块30与多个冷却器3的器件。在图1中，示出拆掉螺栓6a、6b(后述)的状态。螺栓6a、6b插入至制冷剂供排口5a、5b(后述)，固定多个冷却器。
在各个半导体模块30收纳有串联连接的2个晶体管31(参照图2)。在图2中，仅对右端的半导体模块标注附图标记30与31，剩余的半导体模块省略了附图标记。正极端子30a、负极端子30b、中间端子30c从半导体模块30的一个面延伸。正极端子30a、负极端子30b、中间端子30c分别与2个晶体管31的串联连接的正极、负极、中点导通。在图1中，仅对右端的半导体模块30的端子标注附图标记30a～30c，剩余的半导体模块省略了端子的附图标记。具备收纳晶体管的串联连接的多个半导体模块30的半导体装置2例如作为变频器、电压转换器的主要部件使用。
多个冷却器3沿图中的X方向配置为一列，在相邻的冷却器3之间夹设半导体模块30。即，多个冷却器3与多个半导体模块30一个一个地交替层叠。为了便于说明，表示图2的左端的冷却器3时使用附图标记3a，表示右端的冷却器3时使用附图标记3b。
冷却器3的内部成为供制冷剂通过的流路(第一流路12)。在图2中，仅对右端的冷却器3b的第一流路标注附图标记12，剩余的冷却器的第一流路省略了附图标记。相邻的冷却器3由一对连结管4a、4b连结。在图1、图2中，仅对左端的连结管标注了附图标记4a、4b，剩余的连结管省略了附图标记。一对连结管4a、4b将相邻的冷却器3的第一流路连通。
一对连结管4a、4b在同冷却器3与半导体模块30的层叠方向(图中的X方向)交叉的方向(图中的Y方向)上配置于半导体模块30的两侧。以下，存在将冷却器3与半导体模块30的层叠方向(图中的X方向)简称为“层叠方向”的情况。
在层叠方向的一端的冷却器3a安装有制冷剂供排口5a、5b。制冷剂供排口5a设置为沿着层叠方向观察时与连结管4a重叠。制冷剂供排口5b设置为沿着层叠方向观察时与连结管4b重叠。从制冷剂供排口5a(5b)至位于层叠方向的另一端的冷却器3b为止，以通过多个连结管4a(4b)与冷却器3的方式笔直地形成有第二流路13。第二流路13与各冷却器3的内部的第一流路12相连。稍后详细进行说明，但在制冷剂供排口5a、5b的内部设置有螺栓卡止部7。但是，螺栓卡止部7未封堵第二流路13。另外，在第二流路13的右端设置有内螺纹部8。内螺纹部8也未封堵第二流路13。
半导体装置2集中冷却多个半导体模块30。对该冷却构造进行说明。制冷剂供排口5a、5b与未图示的制冷剂循环装置连接。通过一个制冷剂供排口5a从制冷剂循环装置供给制冷剂。制冷剂通过连结管4a侧的第二流路13分配至全部的冷却器3(第一流路12)。制冷剂在通过第一流路12期间从与冷却器3相邻的半导体模块30吸收热。吸收了热的制冷剂通过连结管4b侧的第二流路13与制冷剂供排口5b向制冷剂循环装置返回。各半导体模块30被从其两侧冷却，因而半导体装置2的相对于半导体模块30的冷却性能较好。制冷剂为液体，典型地为水或防冻液。
为了提高从半导体模块30向制冷剂的导热效率，半导体模块30与冷却器3紧贴较好。对于半导体装置2而言，多个半导体模块30与多个冷却器3被螺栓6a、6b束缚，被在层叠方向上加压。螺栓6a、6b整体收纳于第二流路13。因此，不需要在冷却器3的外侧确保螺栓用的空间，空间效率较好。另外，螺栓6a、6b通过第二流路13并贯通冷却器3。在半导体装置2中，不需要在冷却器3的外壁重新设置用于供螺栓6a、6b贯通的孔。即，在半导体装置2中，不需要重新设置螺栓6a、6b用的密封机构。
对螺栓6a、6b的安装构造进行说明。在制冷剂供排口5a(5b)的内侧即第二流路13设置有供螺栓6a(6b)插通并且卡止螺栓6a(6b)的头部61的螺栓卡止部7。另外，在位于制冷剂供排口5a、5b的相反侧的冷却器3b的内部(即第二流路13的端部)设置有固定螺栓6a(6b)的内螺纹部8。
图3表示沿着图2的III-III线的剖面即螺栓卡止部7的剖面。螺栓卡止部7的两端与制冷剂供排口5a的内侧接合。从附图的X方向观察(即从层叠方向观察)，在螺栓卡止部7与制冷剂供排口5a的内表面之间确保有间隙。即，螺栓卡止部7未封堵第二流路13。即，制冷剂能够通过螺栓卡止部7的侧方。
在螺栓卡止部7设置有供螺栓6a插通的贯通孔7a。在图3中利用假想线描绘螺栓6a的头部61。如图3所示，贯通孔7a比头部61小。因此，通过了贯通孔7a的螺栓6a的头部61被卡止于螺栓卡止部7。螺栓卡止部7由铝或铜等金属制成，通过焊接与制冷剂供排口5a的内表面接合。
图4表示沿着图2的IV-IV线的剖面即内螺纹部8的剖面。内螺纹部8具备设置有内螺纹沟的内螺纹孔8a。螺栓6a固定于内螺纹孔8a。如图4所示，第二流路13与第一流路12通过内螺纹部8的侧方相连。图4的双点划线表示第一流路12与第二流路13的边界(为了方便的边界)。内螺纹部8由铝或铜等金属制成，通过焊接与冷却器3b的内表面接合。
借助配置于第二流路13之中的螺栓卡止部7与内螺纹部8，螺栓6a整体收纳于第二流路13之中。因此，不需要在冷却器3之外设置螺栓用的空间，另外，也不需要在螺栓6a设置专用的密封构造。
卡止于螺栓卡止部7的头部61与固定螺栓6a(6b)的内螺纹部8之间的冷却器3被螺栓6a(6b)紧固。借助该紧固力，冷却器3与半导体模块30被加压，相互紧贴。
(第一变形例)图5表示第一变形例的半导体装置2a的剖视图。在半导体装置2a中，在螺栓6a、6b的头部61与螺栓卡止部7之间配置有压缩弹簧62。压缩弹簧62向制冷剂供排口5a(5b)侧对头部61施加载荷。通过压缩弹簧62的载荷向内螺纹部8侧按压螺栓卡止部7。其结果是，螺栓卡止部7与内螺纹部8之间的冷却器3被在层叠方向上加压。即便螺栓6a(6b)稍微松动，压缩弹簧62也能够保持在在层叠方向上对多个冷却器3进行加压的力。
(第二变形例)图6表示第二变形例的半导体装置2b的剖视图。对于实施例的半导体装置2而言，层叠的全部的冷却器3被螺栓6a、6b相互固定。第二变形例的半导体装置2b的一部分的冷却器3被螺栓固定。
半导体装置2b在左端的冷却器3a旁的冷却器3c的内部具备螺栓卡止部57。另外，在与右端的冷却器3b连接的连结管4a、4b的内部具备内螺纹部58。螺栓卡止部57、内螺纹部58均未封堵第二流路13。
对于螺栓56a、56b而言，头部61卡止于螺栓卡止部57并且前端固定于内螺纹部58。若紧固螺栓56a、56b，则位于螺栓卡止部57与内螺纹部58之间的冷却器3(即冷却器3a、3b以外的冷却器3)被在层叠方向上加压，冷却器3与半导体模块30紧贴。对于该半导体装置2b而言，冷却器3a、3b以外的冷却器3被螺栓56a、56b相互固定。冷却器3a、3b被其他机构加压即可。
以上，对本发明的具体例详细地进行了说明，但这些只不过是例示，并不限定权利要求书。权利要求书中记载的技术包括将以上例示的具体例各种变形、变更后的情况。本说明书或附图中说明过的技术要素单独或通过各种组合来发挥技术有用性，并不限定于申请时权利要求记载的组合。另外，本说明书或附图中例示的技术能够同时实现多个目的，通过实现其中之一的目的本身具有技术有用性。

Claims (3)

1.一种半导体装置，其中，具备：
多个冷却器，在内部设置有第一流路，并配置为一列；
半导体模块，被夹设在相邻的上述冷却器之间；以及
一对连结管，将相邻的上述冷却器连通，在同多个上述冷却器与上述半导体模块的层叠方向交叉的方向上配置于上述半导体模块的两侧，
在位于上述层叠方向的一端的上述冷却器设置有一对制冷剂供排口，上述一对制冷剂供排口在沿着上述层叠方向观察时与一对上述连结管分别重叠，
在从各个上述制冷剂供排口延伸至位于上述层叠方向的另一端的上述冷却器的第二流路内设置有供螺栓的头部卡止的螺栓卡止部，并且设置有固定上述螺栓的内螺纹部，
上述螺栓卡止部与上述内螺纹部之间的上述冷却器被上述螺栓固定。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
全部的上述冷却器被上述螺栓固定。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
在上述螺栓卡止部与上述头部之间配置有压缩了的弹簧。
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